(57)【要約】  光結合装置は、第１の光チップ（３２）と第２の光チップ（３３）と光書き込み導波路ブロック（３６）とを備える。第１の光チップは、第１の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合され、第２の光チップは、第２の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合され、第１の光チップは、光書き込み導波路ブロックを使用することによって第２の光チップに光学的に相互接続される。複数の結合方式の間の互換性が、当該技術的解決手段を使用することによって実現される。
2019502167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光結合装置であって、前記光結合装置は、第１の光チップと第２の光チップと光書き込み導波路ブロックとを備え、
前記第１の光チップは、第１の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、前記第２の光チップは、第２の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、
前記第１の光チップは、前記光書き込み導波路ブロックを使用することによって前記第２の光チップに光学的に相互接続される、
光結合装置。
【請求項２】
前記第１の結合方式および前記第２の結合方式はそれぞれ、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
前記光結合装置は、電気基板をさらに備え、
前記第１の光チップおよび前記第２の光チップは、前記電気基板の表面に配置され、
前記第１の光チップは、前記電気基板に電気的に相互接続され、前記第２の光チップは、前記電気基板に電気的に相互接続される、
請求項１に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に前記電気基板の内部に配置される、
請求項３に記載の光結合装置。
【請求項５】
前記光書き込み導波路ブロックは、前記第１の光チップおよび／または前記第２の光チップの上側表面に配置される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光結合装置。
【請求項６】
前記光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に前記第１の光チップと前記第２の光チップとの間に配置される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光結合装置。
【請求項７】
光結合装置であって、前記光結合装置は、光チップと光書き込み導波路ブロックと光ファイバとを備え、
前記光チップは、第１の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、前記光ファイバは、第２の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、
前記光チップは、前記光書き込み導波路ブロックを使用することによって前記光ファイバに光学的に相互接続される、
光結合装置。
【請求項８】
前記第１の結合方式は、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項７に記載の光結合装置。
【請求項９】
前記第２の結合方式はＥＣを含む、
請求項７に記載の光結合装置。
【請求項１０】
前記光結合装置は、電気基板をさらに備え、
前記光チップは、前記電気基板の表面に配置され、前記光チップは、前記電気基板に電気的に相互接続される、
請求項７に記載の光結合装置。
【請求項１１】
前記光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に前記光チップの上側表面に配置される、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の光結合装置。
【請求項１２】
光結合方法であって、
第１の光チップから光信号を発し、第１の結合方式で前記光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階と、
前記光書き込み導波路ブロックから前記光信号を発し、第２の結合方式で前記光信号を第２の光チップに結合する段階と
を備える
方法。
【請求項１３】
前記第１の結合方式および前記第２の結合方式はそれぞれ、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
光結合方法であって、
光チップから光信号を発し、第１の結合方式で前記光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階と、
前記光書き込み導波路ブロックから前記光信号を発し、第２の結合方式で前記光信号を光ファイバに結合する段階と
を備える
方法。
【請求項１５】
前記第１の結合方式は、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信技術分野に関し、特には、光結合装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信技術が発展するに伴い、通信システムの機能および性能についての要件がより高くなってきている。光チップは、光信号から電気信号への変換および電気信号から光信号への変換を実現し、光ファイバは、低損失伝送および長距離伝送を実現する。異なる光チップ間の光信号伝送または光チップと光ファイバとの間の光信号伝送は、複雑な光結合構造を使用することを要求する。したがって、光チップは光通信の発展のための主要技術であり、光チップの光結合技術は、光チップ技術の発展を制限するボトルネックの一つである。
【０００３】
光チップ結合についての基本的要件は、（１）「チップ−光ファイバ」結合と「チップ−チップ」結合との間の互換性、（２）ＥＣ（Ｅｄｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ、エッジ結合器）、ＧＣ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｕｐｌｅｒ、グレーティング結合器）、およびＡＣ（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｃｏｕｐｌｅｒ、断熱結合器）などの結合方式間の互換性、（３）高密度：単一の光ファイバコネクタが８４以上のチャネルを含み、密度は５．２５チャネル／ｍｍ２以上である、（４）シングルモードまたはマルチモードの信号伝送、および（５）自動的、効率的、かつ高精度の光封入を実現し、光信号の挿入損失を低減する能力、を含む。
【０００４】
従来技術において、Ｃｈｉｒａｌ社によって使用されている「ＰＲＯＦＡ（Ｐｉｔｃｈ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｒｒａｙ、ピッチ縮小光ファイバアレイ）」解決手段、ＰＥＴＲＡ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、フォトニクスエレクトロニクス技術研究協会）によって提案されている「光ＰＩＮ」解決手段、ＩＢＭによって使用されている「ポリマ光導波路プレート」解決手段、またはＫＩＴ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、カールスルーエ工科大学）によって提案されている「ＰＷＢ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｗｉｒｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ、フォトニックワイヤボンディング）」解決手段等のいずれも、光チップ結合についての上記基本的要件を完全には満たすことができず、特に、複数の結合方式の間の互換性を満たすことができない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、光チップ結合における複数の結合方式の間の互換性を満たす光結合装置および方法を提供する。先述の目的を実現するために、本発明の実施形態においては以下の技術的解決手段が使用される。
【０００６】
第１態様によると、本発明の一実施形態は、光結合装置を提供する。当該光結合装置は、第１の光チップと第２の光チップと光書き込み導波路ブロックとを備え、第１の光チップは、第１の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合され、第２の光チップは、第２の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合され、第１の光チップは、光書き込み導波路ブロックを使用することによって第２の光チップに光学的に相互接続される。
【０００７】
本発明の本実施形態において、光書き込み導波路ブロックは、複数の結合方式で光チップに結合されてよく、それによって、光チップ間の結合と複数の結合方式の間の互換性とを実現する。
【０００８】
第１態様に関連して、第１の可能な実装例において、第１の結合方式および第２の結合方式はそれぞれ、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む。
【０００９】
本発明の本実施形態において、光チップは、複数の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合されてよく、それによって、複数の結合方式の間の互換性を実現する。
【００１０】
第１態様または第１態様の第１の可能な実装例に関連して、第２の可能な実装例において、光結合装置は、電気基板をさらに備え、第１の光チップおよび第２の光チップは、電気基板の表面に配置され、第１の光チップは、電気基板に電気的に相互接続され、第２の光チップは、電気基板に電気的に相互接続される。
【００１１】
第１態様、および第１態様の第１の可能な実装例もしくは第２の可能な実装例に関連して、第３の可能な実装例において、光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に電気基板の内部に配置される。
【００１２】
第１態様、または第１態様の第１の可能な実装例から第３の可能な実装例のいずれか１つに関連して、第４の可能な実装例において、光書き込み導波路ブロックは、第１の光チップおよび／または第２の光チップの上側表面に配置される。
【００１３】
第１態様、または第１態様の第１の可能な実装例から第４の可能な実装例のいずれか１つに関連して、第５の可能な実装例において、光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に第１の光チップと第２の光チップとの間に配置される。
【００１４】
第２態様によると、本発明の一実施形態は、光結合装置を提供する。当該光結合装置は、光チップと光書き込み導波路ブロックと光ファイバとを備え、光チップは、第１の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合され、光ファイバは、第２の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合され、光チップは、光書き込み導波路ブロックを使用することによって光ファイバに光学的に相互接続される。
【００１５】
本発明の本実施形態において、光書き込み導波路ブロックは、種々の結合方式で光チップと光ファイバとに別々に結合されてよく、それによって、光チップと光ファイバとの間の結合と複数の結合方式の間の互換性とを実現する。
【００１６】
第２態様に関連して、第１の可能な実装例において、第１の結合方式は、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む。
【００１７】
本発明の本実施形態において、光チップは、複数の結合方式で光書き込み導波路ブロックに結合されてよく、それによって、複数の結合方式の間の互換性を実現する。
【００１８】
第２態様、または第２態様の第１の可能な実装例に関連して、第２の可能な実装例において、第２の結合方式はＥＣを含む。
【００１９】
第２態様、または第２態様の第１の可能な実装例もしくは第２の可能な実装例に関連して、第３の可能な実装例において、光結合装置は、電気基板をさらに備え、光チップは、電気基板の表面に配置され、光チップは、電気基板に電気的に相互接続される。
【００２０】
第２態様、または第２態様の第１の可能な実装例から第３の可能な実装例のいずれか１つに関連して、第４の可能な実装例において、光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に光チップの上側表面に配置される。
【００２１】
第３態様によると、本発明の一実施形態は光結合方法を提供する。当該方法は、第１の光チップから光信号を発し、第１の結合方式で光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階と、光書き込み導波路ブロックから光信号を発し、第２の結合方式で光信号を第２の光チップに結合する段階とを備える。
【００２２】
第３態様に関連して、第１の可能な実装例において、第１の結合方式および第２の結合方式はそれぞれ、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む。
【００２３】
第４態様によると、本発明の一実施形態は、光結合方法を提供する、当該方法は、光チップから光信号を発し、第１の結合方式で光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階、および、光書き込み導波路ブロックから光信号を発し、第２の結合方式で光信号を光ファイバに結合する段階か、または、光ファイバから光信号を発し、第１の結合方式で光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階、および、光書き込み導波路ブロックから光信号を発し、第２の結合方式で光信号を光チップに結合する段階を備える。
【００２４】
第４態様に関連して、第１の可能な実装例において、第１の結合方式は、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む。
【００２５】
本発明の本実施形態において、光書き込み導波路ブロックでは、光チップ間の結合と光チップと光ファイバとの間の結合とを、種々の結合方式で実現することができ、それによって、複数の結合方式の間の互換性を実現する。マルチコア光ファイバを使用することによって、高密度の要件が実現される。光書き込み導波路技術を使用することによって、シングルモードまたはマルチモードの信号伝送と、効率的で高精度な封入が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明の実施形態における技術的解決手段をより明確に説明するべく、実施形態を説明するために必要な添付図面を以下で簡潔に説明する。
【００２７】
【図１】従来技術における光書き込み導波路装置の概略構造図である。
【００２８】
【図２】従来技術におけるマルチコア光ファイバの概略構造図である。
【００２９】
【図３】本発明の一実施形態に係る光結合装置の概略構造図である。
【００３０】
【図４ａ】図３に示した光結合装置の一部のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【００３１】
【図４ｂ】本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の概略構造図である。
【００３２】
【図５ａ】本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の概略構造図である。
【００３３】
【図５ｂ】本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の概略構造図である。
【００３４】
【図６ａ】本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の別の概略構造図である。
【００３５】
【図６ｂ】本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の別の概略構造図である。
【００３６】
【図７】図３に示した光結合装置の一部のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【００３７】
【図８】本発明の一実施形態に係る光チップと光ファイバとの間の結合の概略構造図である。
【００３８】
【図９】本発明の一実施形態に係る光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＧＣ結合の概略構造図である。
【００３９】
【図１０】本発明の一実施形態に係る光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＡＣ結合の概略構造図である。
【００４０】
【図１１】本発明の一実施形態に係る光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＥＣ結合の概略構造図である。
【００４１】
【図１２】本発明の一実施形態に係る光ファイバと光書き込み導波路ブロックとの間のＥＣ結合の概略構造図である。
【００４２】
【図１３ａ】本発明の一実施形態に係る光ファイバと光チップとの間の結合のための封入プロセスの概略図である。
【図１３ｂ】本発明の一実施形態に係る光ファイバと光チップとの間の結合のための封入プロセスの概略図である。
【図１３ｃ】本発明の一実施形態に係る光ファイバと光チップとの間の結合のための封入プロセスの概略図である。
【図１３ｄ】本発明の一実施形態に係る光ファイバと光チップとの間の結合のための封入プロセスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の実施形態における添付図面に関連して、本発明の実施形態における技術的解決手段を以下で説明する。
【００４４】
本明細書における「および／または」という用語は、関連付けられた対象物を説明するための対応関係のみを説明し、３つの関係が存在し得ることを表す。例えば、Ａおよび／またはＢは、次の３つのケース、すなわち、Ａのみが存在すること、ＡおよびＢの両方が存在すること、およびＢのみが存在することを表してよい。本文献における「複数の」は、２またはそれより多くのものを表す。
【００４５】
本発明の実施形態は、光書き込み導波路技術およびマルチコア光ファイバ技術に関する。当該２つの技術を以下で簡潔に説明する。
【００４６】
図１は、従来技術における光書き込み導波路装置の概略構造図である。図１に示すように、光書き込み導波路装置は、レーザ１０と導波路基板１１とを備える。レーザ１０はフェムト秒レーザであってよく、導波路基板１１の材料は、ガラス、または水晶等を含んでよい。具体的には、フェムト秒レーザは、導波路基板の内部の点に焦点を合わせて、当該点における屈折率を増大させ、点を繋いで線を形成することによって光導波路を形成する。例えば、図１の破線は、形成された光導波路である。光導波路形成用の導波路基板は、光書き込み導波路ブロックと称される。光書き込み導波路ブロックは、シングルモードまたはマルチモードの光信号伝送をサポートし得る。
【００４７】
図２は、従来技術におけるマルチコア光ファイバの概略構造図である。図２に示すように、マルチコア光ファイバにおいて、クラッド光ファイバの直径は、カスタマイズ、または１２５μｍに固定されてよく、コア数は、４、７、または１９等であってよく、例えば、図２では７である。各コアは独立したチャネルであり、シングルモードまたは少数モードをサポートしてよい。シングルコア光ファイバと比較して、マルチコア光ファイバは、高いチャネル密度という利点を有する。
【００４８】
図３は、本発明の一実施形態に係る光結合装置の概略構造図である。図３に示すように、光結合装置は、電気基板３１と、光チップ３２、３３、および３４と、光書き込み導波路ブロック３５および３６と、光ファイバ３７とを備える。電気基板３１は、光チップに電源または電気信号を提供するよう構成される。光チップ３２、３３、および３４は、１または複数の光結合器を有して、光信号を送信または受信する。光書き込み導波路ブロック３５および３６は、光導波路を有し、光チップ間の、または光チップと光ファイバとの間の光相互接続を実現するべく、光導波路の２つの端部が光チップまたは光ファイバに接続されてよい。光チップ３２、３３、および３４は、電気基板３１の上側表面に配置され、リフロー半田付けまたはワイヤボンディング等によって電気基板３１に電気的に相互接続される。任意選択で、光チップ３３および３４は、１つの光チップをさらに形成してよい。光ファイバ３７は、マルチコア光ファイバであってよい。光ファイバ３７が１２個の光ファイバアレイを含み、各光ファイバアレイが７個のコアを有する場合、８４チャネルの光結合が実現され得る。光書き込み導波路ブロックの断面積と標準的なＭＴコネクタの寸法とが同一であり、共に２．５ｍｍ×６．４ｍｍであると仮定すると、光結合密度は、５．２５チャネル／ｍｍ２に達し得る。
【００４９】
本発明の本実施形態において、光結合の高密度の要件は、マルチコア光ファイバを使用することによって実現される。
【００５０】
図４ａは、図３に示した光結合装置の一部のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図４ａは、本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の概略構造図である。具体的には、光チップ３２と光書き込み導波路ブロック３６との間の結合、または光チップ３３と光書き込み導波路ブロック３６との間の結合の方式は、ＡＣ、ＧＣ、またはＥＣのうちの任意の１または複数を含む。例えば、光チップ３２は、ＧＣおよび／またはＡＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３は、ＧＣおよび／またはＡＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。あるいは、光チップ３２は、ＡＣおよび／またはＧＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３は、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。あるいは、光チップ３２は、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３もまた、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。光チップと光書き込み導波路ブロックとの間の結合は、本質的には、光チップにおける光導波路と光書き込み導波路ブロックにおける光導波路との間の結合である。説明のために、光チップ３２がＧＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３がＡＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される例が使用される。光チップ３２上のＧＣから発せられた光信号が、結合された後、光書き込み導波路ブロック３６における光導波路に入る。光信号は、光書き込み導波路ブロック３６における光導波路に沿って伝送され、ＡＣ使用することによって結合された後、光チップ３３に入る。
【００５１】
図４ｂは、本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の概略構造図である。図４ｂに示すように、光書き込み導波路ブロック３６はさらに、光チップ３２と光チップ３３との間に部分的に配置され、光チップ３２の上方に部分的に位置付けられてよい。具体的には、光チップ３２は、ＡＣおよび／またはＧＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３は、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。任意選択で、光書き込み導波路ブロック３６は、光チップ３２と光チップ３３との間に全体的に配置されてよい。具体的には、光チップ３２は、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３もまた、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合されてよい。
【００５２】
図５ａおよび図５ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の概略構造図である。図５ａおよび図５ｂに示すように、光書き込み導波路ブロック３６は、光チップ３２および光チップ３３の下に、すなわち、電気基板３１の内部に、配置されてよい。具体的には、電気基板３１上に穴またはスロットが形成されてよく、その後、光書き込み導波路ブロック３６が穴またはスロットに埋め込まれてよい。図５ａに示すように、光書き込み導波路ブロック３６は、電気基板３１の内部に全体的に配置されてよい。図５ｂに示すように、光書き込み導波路ブロック３６は、代替的に、基板の下側表面から突出していてよい。具体的に、光チップ３２は、ＧＣおよび／またはＡＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３は、ＧＣおよび／またはＡＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。
【００５３】
図６ａおよび図６ｂはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る光チップ間の結合の別の概略構造図である。図６ａおよび図６ｂに示すように、光チップ３２および光チップ３３上で３Ｄ電気的封入が実行されてよく、光チップ３２は、光チップ３３の上方に部分的にまたは全体的に位置付けられてよい。図６ａに示すように、光書き込み導波路ブロック３６は、光チップ３２の上方に部分的に配置され、光チップ３３の上方に部分的に位置付けられる。具体的には、光チップ３２は、ＡＣおよび／またはＧＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３３は、ＡＣおよび／またはＧＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。図６ｂに示すように、光書き込み導波路ブロック３６は、光チップ３３の上方に位置付けられる。具体的には、光チップ３３は、ＡＣおよび／またはＧＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合され、光チップ３２は、ＥＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック３６に結合される。
【００５４】
本発明の本実施形態において、光チップ間の光結合は、光書き込み導波路ブロックを使用することによって実行される。光書き込み導波路ブロックにおいて、ＡＣ、ＧＣ、またはＥＣのうちの任意の１または複数の結合方式が使用され、互換性が高い。
【００５５】
図７は、図３に示した光結合装置の一部のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、本発明の一実施形態に係る光チップと光ファイバとの間の結合の概略構造図である。図７に示すように、光チップ３３と光書き込み導波路ブロック３５との間の、または光チップ３４と光書き込み導波路ブロック３５との間の結合の方式は、ＥＣ、ＧＣ、またはＡＣ等を含む。光チップ３３と光チップ３４との間の積層関係が３Ｄ電気的封入を形成する。光チップ３３と光チップ３４との間で重なり合う領域は限定されない。３Ｄ電気的封入は、光チップ３３および光チップ３４上で実行され、この２つのチップの光信号は、光ファイバ３７に別々に結合されてよい。任意選択で、光チップ３３および光チップ３４はさらに、例えば図６ａおよび図６ｂに示すように、互いに結合されてよい。光ファイバ３７は、マルチコア光ファイバであってよい。光ファイバ３７は、ＥＣ結合方式で光書き込み導波路ブロック３５に結合される。光チップ３３は、ＥＣ結合によって光書き込み導波路ブロック３５に結合されてよく、光チップ３４は、ＥＣ、ＧＣ、またはＡＣのうちの任意の１または複数の結合方式で光書き込み導波路ブロック３５に結合されてよい。光ファイバと光書き込み導波路ブロックとの間の結合は、本質的には、光ファイバと光書き込み導波路ブロックにおける光導波路との間の結合である。光チップと光書き込み導波路ブロックとの間の結合は、本質的には、光チップにおける光導波路と光書き込み導波路ブロックにおける光導波路との間の結合である。例えば、光導波路ａ、ｂ、およびｃの各々の一端が、ＥＣを使用することによって光ファイバ３７に結合され、光導波路ａの他端がＥＣを使用することによって光チップ３３に結合され、光導波路ｂの他端がＧＣを使用することによって光チップ３４に結合され、光導波路ｃの他端がＡＣを使用することによって光チップ３４に結合される。具体的には、光信号が、光チップ３３においてＥＣ結合から発せられ、光導波路ａに入り、光導波路ａを使用することによって光ファイバ３７に入射する。光信号が、光チップ３４においてＧＣ結合から発せられ、光導波路ｂに入り、光導波路ｂを使用することによって光ファイバ３７に入射する。光信号が、光チップ３４においてＡＣ結合から発せられ、光導波路ｃに入り、光導波路ｃを使用することによって光ファイバ３７に入射する。
【００５６】
図８は、光チップと光ファイバとの間の結合の構造の別の実装例を示す。図８に示すように、光書き込み導波路ブロック３５の一部が、光チップ３３の上方に位置付けられてよい。したがって、光チップ３３はさらに、ＡＣ結合方式またはＧＣ結合方式で光書き込み導波路ブロック３５に結合されてよい。
【００５７】
本発明の本実施形態において、光チップと光ファイバとの間の光結合は、光書き込み導波路ブロックを使用することによって実行される。光書き込み導波路ブロックにおいて、ＡＣ、ＧＣ、またはＥＣのうちの任意の１または複数の結合方式が使用され、互換性が高い。
【００５８】
ＧＣ、ＡＣ、およびＥＣなどの種々の結合方式の原理を以下で説明する。光チップと光書き込み導波路ブロックとの間の結合は、ＧＣ、ＡＣ、およびＥＣを含んでよく、光ファイバと光書き込み導波路ブロックとの間の結合は、ＥＣを含む。
【００５９】
図９は、本発明の一実施形態に係る光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＧＣ結合の概略構造図である。図９に示すように、ＧＣを使用することによって光チップ４１が光書き込み導波路ブロック４２に結合される。光信号は、グレーティング４３を使用することによって光チップ４１における光導波路から屈折させられた後、光チップ４１の表面に垂直な態様で発せられ、光書き込み導波路ブロック４２における光導波路に入射する。光導波路を書き込むプロセスにおいて、光導波路のパラメータが柔軟に設計されてよい。具体的には、光導波路は、種々の波長および／またはグレーティングに適合するよう、種々の傾斜角度および／または湾曲弧度等を有するよう設計されてよい。例えば、１つの光チップにおいて、複数のグレーティングが存在し、光導波路とグレーティングとの間の結合部分は、種々のグレーティングが種々の傾斜角度および／または湾曲弧度を有するよう設計されてよい。
【００６０】
図１０は、本発明の一実施形態に係る光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＡＣ結合の概略構造図である。図１０に示すように、光チップ５１が、ＡＣを使用することによって光書き込み導波路ブロック５２に結合される。光信号が、エバネッセント波結合の態様で光チップ５１における光導波路から光書き込み導波路ブロック５２における光導波路に入る。光導波路を書き込むプロセスにおいて、光導波路のパラメータが柔軟に設計されてよい。具体的には、光書き込み導波路ブロックにおける光導波路は、二次元ｔａｐｅｒ構造を有するよう設計されてよく、光導波路は、光の伝搬方向に対して垂直な方向にくさび形構造を有する。加えて、光の伝搬方向に対して、水平方向および縦方向におけるくさび形の輻輳角は、同一であってよく、または異なっていてよい。本発明の本実施形態において、光導波路は、二次元ｔａｐｅｒ構造およびくさび形構造を有するよう設計され、これにより、光チップ結合導波路の設計および処理の困難さが低減され得る。
【００６１】
図１１は、本発明の一実施形態に係る光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＥＣ結合の概略構造図である。図１１に示すように、光チップ６１が、ＥＣ結合方式で光書き込み導波路ブロック６２に結合される。光信号が、光チップ６１における光導波路から光書き込み導波路ブロック６２における光導波路に直接入射する。光導波路を書き込むプロセスにおいて、光導波路のパラメータが柔軟に設計されてよい。具体的には、光導波路は、光チップのＥＣスポットサイズの寸法に適合するよう、種々の寸法のスポットサイズを有するｔａｐｅｒ構造を有するよう設計されてよい。本発明の本実施形態において、光導波路は種々の寸法のスポットサイズを有するｔａｐｅｒ構造を有するよう設計されて、種々の応用シナリオに適応し、光結合の効率を高める。
【００６２】
図１２は、本発明の一実施形態に係る光ファイバと光書き込み導波路ブロックとの間のＥＣ結合の概略構造図である。図１２に示すように、光ファイバ７１が、ＥＣ結合方式で光書き込み導波路ブロック７２に結合される。光ファイバと光書き込み導波路ブロックとの間のＥＣ結合の原理は、光チップと光書き込み導波路ブロックとの間のＥＣ結合の原理と類似しており、ここでは詳細は再度説明しない。
【００６３】
図９から図１２の破線は、光導波路である。光チップにおける光導波路が、堆積、エッチング、ミキシングなどのプロセスを使用することによって、チップ製造プロセスにおいて形成されてよい。光書き込み導波路ブロックにおける光導波路が、図１に示す方法を使用することによって形成されてよい。
【００６４】
光チップ間の結合および光チップと光ファイバとの間の結合の封入プロセスを以下で説明する。図４ａおよび図７がそれぞれ説明のための例として使用される。
【００６５】
図４ａに示した光チップ３２と光チップ３３との間の結合の封入プロセスは次の通りである。まず、光チップ３２および光チップ３３が、リフロー半田付けまたはワイヤボンディング等によって電気基板３１に電気的に相互接続される。その後、ｍａｒｋ点における位置合わせの後、導波路基板（すなわち、光導波路が形成される前の光書き込み導波路ブロック３６の構造）が、チップマウンタによる取り付け、糊着、または半田付け等によって光チップ３２および光チップ３３上に固定される。最後に、光導波路、すなわち、図４ａの破線は、機械視覚によって、かつ高精度プラットフォームの制御下で書き込まれてよい。
【００６６】
具体的には、機械視覚の動作原理は、撮像システムが位置座標を自動的に識別および記録し、その後、光書き込み導波路ブロックの位置付けを助けるというものである。精度は５００ｎｍである。高精度プラットフォームの動作原理は、空気軸受が使用され、導波路基板は精密に制御して移動させることができ、導波路の位置精度は５０ｎｍであり、総合的なプラットフォームの位置付け精度は約５５０ｎｍであるというものである。
【００６７】
図１３ａから図１３ｄは、本発明の一実施形態に係る光ファイバと光チップとの間の結合の封入プロセスの概略図である。図７に示した光ファイバ３７と光チップ３４との間の結合の封入プロセスは、次の通りである。図１３ａに示すように、光ファイバを固定するべく、図の破線のボックスに示すように、導波路基板３５において穴が形成される。導波路基板３５は、ガラスまたは水晶等を使用することによって製造されてよく、導波路基板は、導波路基板に光導波路が形成された後、光書き込み導波路ブロックと称される。図１３ｂに示すように、光ファイバ３７は、導波路基板３５の穴の中に封入される。図１３ｃに示すように、ｍａｒｋ点における位置合わせの後、光ファイバが固定される導波路基板３５は、糊着または半田付け等によって光チップ３４に結合される。図１３ｄに示すように、三次元視覚によって位置付けした後、光導波路が導波路基板３５においてエッチングされて、光ファイバ３７と光チップ３４との間の光結合が実現される。図１３ｄにおいて、光ファイバ３７と光チップ３４とは、グレーティング８１を使用することによって互いに接続され、ＧＣ結合方式で互いに結合される。本実施形態において、代替的に、光導波路は、まず導波路基板３５においてエッチングされてよく、その後、光書き込み導波路ブロック３５と光チップ３４との間の結合のための封入が実現される。
【００６８】
本発明の本実施形態において、まず、導波路基板および光ファイバが封入され、導波路基板および光チップが封入され、その後、導波路基板に光導波路が書き込まれる。これにより、光導波路のパラメータを柔軟に設計でき、１つの光書き込み導波路ブロックは、種々の結合方式と互換性を持つことができる。
【００６９】
先述の説明は、本発明の具体的な実装例に過ぎず、本発明の保護範囲を限定することは意図されていない。本発明において開示された技術範囲内で当業者によって容易に想到されるあらゆる変形または置き換えが、本発明の保護範囲に属するものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
【図１】
2019502167.tif 000003
【図２】
2019502167.tif 000004
【図３】
2019502167.tif 000005
【図４ａ】
2019502167.tif 000006
【図４ｂ】
2019502167.tif 000007
【図５ａ】
2019502167.tif 000008
【図５ｂ】
2019502167.tif 000009
【図６ａ】
2019502167.tif 000010
【図６ｂ】
2019502167.tif 000011
【図７】
2019502167.tif 000012
【図８】
2019502167.tif 000013
【図９】
2019502167.tif 000014
【図１０】
2019502167.tif 000015
【図１１】
2019502167.tif 000016
【図１２】
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【図１３ａ】
2019502167.tif 000018
【図１３ｂ】
2019502167.tif 000019
【図１３ｃ】
2019502167.tif 000020
【図１３ｄ】
2019502167.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月31日(2018.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光結合装置であって、前記光結合装置は、第１の光チップと第２の光チップと光書き込み導波路ブロックとを備え、
前記第１の光チップは、第１の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、前記第２の光チップは、第２の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、
前記第１の光チップは、前記光書き込み導波路ブロックを使用することによって前記第２の光チップに光学的に相互接続される、
光結合装置。
【請求項２】
前記第１の結合方式および前記第２の結合方式はそれぞれ、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
前記光結合装置は、電気基板をさらに備え、
前記第１の光チップおよび前記第２の光チップは、前記電気基板の表面に配置され、
前記第１の光チップは、前記電気基板に電気的に相互接続され、前記第２の光チップは、前記電気基板に電気的に相互接続される、
請求項１に記載の光結合装置。
【請求項４】
前記光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に前記電気基板の内部に配置される、
請求項３に記載の光結合装置。
【請求項５】
前記光書き込み導波路ブロックは、前記第１の光チップまたは前記第２の光チップのうちの少なくとも１つの上側表面に配置される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光結合装置。
【請求項６】
前記光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に前記第１の光チップと前記第２の光チップとの間に配置される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光結合装置。
【請求項７】
光結合装置であって、前記光結合装置は、光チップと光書き込み導波路ブロックと光ファイバとを備え、
前記光チップは、第１の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、前記光ファイバは、第２の結合方式で前記光書き込み導波路ブロックに結合され、
前記光チップは、前記光書き込み導波路ブロックを使用することによって前記光ファイバに光学的に相互接続される、
光結合装置。
【請求項８】
前記第１の結合方式は、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項７に記載の光結合装置。
【請求項９】
前記第２の結合方式はＥＣを含む、
請求項７に記載の光結合装置。
【請求項１０】
前記光結合装置は、電気基板をさらに備え、
前記光チップは、前記電気基板の表面に配置され、前記光チップは、前記電気基板に電気的に相互接続される、
請求項７に記載の光結合装置。
【請求項１１】
前記光書き込み導波路ブロックは、少なくとも部分的に前記光チップの上側表面に配置される、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の光結合装置。
【請求項１２】
光結合方法であって、
第１の光チップから光信号を発し、第１の結合方式で前記光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階と、
前記光書き込み導波路ブロックから前記光信号を発し、第２の結合方式で前記光信号を第２の光チップに結合する段階と
を備える
方法。
【請求項１３】
前記第１の結合方式および前記第２の結合方式はそれぞれ、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
光結合方法であって、
光チップから光信号を発し、第１の結合方式で前記光信号を光書き込み導波路ブロックに結合する段階と、
前記光書き込み導波路ブロックから前記光信号を発し、第２の結合方式で前記光信号を光ファイバに結合する段階と
を備える
方法。
【請求項１５】
前記第１の結合方式は、断熱結合器ＡＣ、グレーティング結合器ＧＣ、またはエッジ結合器ＥＣのうちの任意の１または複数を含む、
請求項１４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
光チップ結合についての基本的要件は、（１）「チップ−光ファイバ」結合と「チップ−チップ」結合との間の互換性、（２）Ｅｄｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｒ（ＥＣ）、Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｕｐｌｅｒ（ＧＣ）、およびＡｄｉａｂａｔｉｃ  Ｃｏｕｐｌｅｒ（ＡＣ）などの結合方式間の互換性、（３）高密度：単一の光ファイバコネクタが８４以上のチャネルを含み、密度は５．２５チャネル／ｍｍ２以上である、（４）シングルモードまたはマルチモードの信号伝送、および（５）自動的、効率的、かつ高精度の光封入を実現し、光信号の挿入損失を低減する能力、を含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
従来技術において、Ｃｈｉｒａｌ社によって使用されている「Ｐｉｔｃｈ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｒｒａｙ（ＰＲＯＦＡ）」解決手段、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＰＥＴＲＡ）によって提案されている「光ＰＩＮ」解決手段、ＩＢＭによって使用されている「ポリマ光導波路プレート」解決手段、またはＫａｒｌｓｒｕｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＫＩＴ）によって提案されている「Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｗｉｒｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ（ＰＷＢ）」解決手段等のいずれも、光チップ結合についての上記基本的要件を完全には満たすことができず、特に、複数の結合方式の間の互換性を満たすことができない。
【国際調査報告】
2019502167.tif 000022
2019502167.tif 000023
2019502167.tif 000024
2019502167.tif 000025